辉翔苍穹 【电子制造得其道】

  文章类型：T

  【编者按】

  锡珠是什么？发生的原因是什么？如何消除？

  电子产品的精细化发展导致PCBA组装越来越复杂。板上的各种元件封装之间尺寸差异也越来越大，元件之间的组装间隙也越来越小，这些因素促进了选择性波峰焊的广泛应用。选择性波峰焊能完成一些结构复杂的PCBA波峰焊接，比如：

  PTH小间距的元器件越来越多，比如0.5mm pitch 及更小。

  PTH 元件焊点距离T元器件太近，无法满足传统的波峰焊治具的设计。

  双面插件元件，插件元件的高度无法满足传统波峰焊。

  接地焊盘的爬锡高度不够，传统波峰焊无法对单点焊接进行有效控制。

  与传统的波峰焊接工艺相比，选择性波峰焊接工艺由于是单点松香喷涂，降低了助焊剂消耗，而且降低了锡炉内熔融焊锡的氧化机率，减少锡渣的产生，降低了加工成本。

  问题描述

  某电子产品在完成波峰焊接后，产生了锡珠（Solder ball）的不良现象，锡珠在连接器两个PIN脚之间，用静电刷子可以去除。不良率100% ，每片板子上都有10个以上的锡珠。

  产生锡珠的位置通常有两种情况，第一种是一致的重复的，锡珠的位置通常在相邻的两个PIN脚之间（如下图），但PIN脚位置不固定；第二种是随机的，没有规律，没有固定的位置。

   失效分析

  根据当前不良的现象，此不良属于第一种现象在PIN脚之间。根据鱼骨图分析，其主要因素有助焊剂类型、助焊剂用量、预热温度、PCB 阻焊层以及治具设计。

  参数优化

  助焊剂过多或预热温度偏低可能导致溶剂或水分不能完全蒸发，过波峰的时候会有溅锡的现象而导致锡珠的产生。残留松香的粘性会吸附一些锡溅在阻焊层上面，从而导致锡珠的产生。通过调整助焊剂喷涂量和预热温度高低，锡珠问题仍然存在，没有明显的改善。

  助焊剂类型影响

  对各种类型助焊剂(溶剂型的，水基型，以及不同固体含量等) 进行比对实验。根据实验结果来看，不同助焊剂情况下，锡珠的出现机率差异不明显，不能完全杜绝锡珠的产生。

  PCB 设计的影响

  导致锡珠产生的因素有很多，阻焊层状况就是其中重要的一个因素。阻焊层在波峰焊接过程中会变得柔软，就像焊料合金粘在胶粘剂上一样。玻璃化转变温度(Tg)是评估阻焊层材料的一项重要指标。使用高Tg的阻焊材料将减少甚至消除锡珠。阻焊的固化时间、固化温度也会影响锡珠效应。对各种PCB阻焊层材料进行了比对实验，根据比对结果来看，不同阻焊层材料对锡珠的影响比较小，没有一款合适的材料能完全杜绝锡珠出现。

   治具设计优化

  选择一些比较容易上锡而且不是太厚的线路板进行试验，在中间区域加入钢片以预防锡珠的产生。试验结果表明加入钢片以隔开PIN脚的方法可有效预防锡珠。但是需要调整适当的参数，比如焊接时间，焊接高度等以克服通孔内上锡高度不足的问题。

  PCB丝印和阻焊层设计

  钢片应用的局限性和对孔内上锡高度的影响限制了这项措施的应用。所以考虑通过优化PCB设计来改善选择性波峰焊锡珠。在焊接区域增加丝印层，在焊接区域进行了比对，从比对结果来看。在焊接区域取消阻焊层有显著的改善。

  总结&结论

  不同助焊剂类型可以减少锡珠的产生，但是不能完全杜绝。

  利用钢片治具隔开PIN脚可以防止锡珠的产生，但是对孔内爬锡高度有影响。

  焊接区域增加丝印可以减少锡珠的产生。

  焊接区域取消阻焊层设计可以避免锡珠的产生。

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